Aplicaciones de la Química del Estado Sólido
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- Susana Navarro Parra
- hace 8 años
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1 1er Cuso de divulgación Los Avances de la Química y su Impacto en la Sociedad Aplicaciones de la Química del Estado Sólido Estados de la materia Fase sólida Fase líquida Fase gaseosa Plasma Condensado de Bose-Einstein Condensado Fermiónico Supersolido Etc
2 Amorfo Cristal Amorfo Cristal
3 Qué es un cristal? Qué es un cristal?
4 Qué es un cristal? Qué es un cristal?
5 Cristal Inorgánico nico Cristal Cristal de de proteína Cristal Orgánico El hábito h no hace al monje Siderita acompañados de Apatito-(CaF) y Cuarzo Cuarzo con Arsenopirita e inclusiones
6 Simetría a en los cristales Simetría es la repetición en el tiempo o el espacio. Periodicidad y Simetría Cómo descubrir la estructura a nivel atómico de los cristales? Un poco de historia Wilhelm Conrad Röntgen ( ) y la mano de su esposa 1895 Descubrimiento Rayos-X 1901 Premio obel en Física
7 Von Laue (1914) Cristalografía: a: Más M s de 20 premios obel aturaleza electromagnética de los rayos-x. Difracción de los cristales Difracción de rayos-x para analizar la estructura atómica de los cristales W.H.Bragg, W.L.Bragg (1915) Desde principios del siglo XX Hasta nuestros días Kornberg (2006) Huber (1988) Mackinnon (2003) Rosalind Franklin: Cristalógrafa grafa. Los diagramas de difracción de AD de Rosalind fueron bautizados por J.D. Bernal como las fotos de rayos X más bellas hasta entonces obtenidas, y sirvieron para el establecimiento de la estructura doblemente helicoidal del AD. ( )
8 Pero el Premio obel lo recibieron otros olvidando la decisiva influencia de estos resultados James Watson (1928-) Francis Crick ( ) Maurice Wilkins ( ) Premio obel de Fisiología o Medicina en 1962 Crick, Watson, Wilkins Qué son los Rayos-X?
9 Rayos X Un tipo de radiación electromagnética Podríamos usar un microscopio? Podemos "ver" los átomos y las moléculas que están n dentro de los cristales? Si!! Microscopio Phases? Rayos-X
10 Cómo se realiza un experimento de difracción? Experimento de difracción Goniómetro metro,, Detector y sistema de Crioprotección Goniómetro moderno y detector CCD
11 Densidad electrónica Densidad electrónica + modelo
12 Construcción n de una cadena de proteína Estructura molecular de un compuesto orgánico Estructura de la pared de un virus Estructura molecular de un enzima presente en la superficie del neumococo
13 Calidad de los datos vs. Construcción del modelo LOW: 5 Å MEDIUM: 3 Å HIGH: 1.7 Å Qué mantiene unidas las moléculas en los cristales moleculares?
14 Interacciones Intermoleculares Son las interacciones no-covalentes las que mantienen unidas las moléculas en las estructuras cristalinas y las responsables de los procesos de reconocimiento molecular Interacciones iónicas Fuerzas de London o de dispersión Fuerzas ion-dipolo Enlace de Hidrógeno Atracciones dipolo-dipolo Fuerza de Van der Waals Interacciones de enlace de hidrógeno en cristales orgánicos. D-H A -H O=C O-H O=C Se produce un enlace de hidrógeno cuando un átomo de hidrógeno se encuentra entre dos átomos más electronegativos, estableciendo un vínculo entre ellos.
15 Rayos-X Estructura Molecular Estructura Cristalina Plegamiento Interacciones Intermoleculares Reconocimiento Molecular Reconocimiento molecular estático? tico? O!
16 PI3K quinasa BTL2 Lipasa
17 1 Estructura molecular? 1 Estructura Cristalina O! Polimorfismo Distintos modos de empaquetamiento de las moléculas. Ej. Carbono (diamante, grafito, nanotubos y fullerenos) Transparente Buen dispersor Duro Aislante eléctrico Opaco Blando Lubricante Muy adsorbente
18 Polimorfismo Distintos modos de empaquetamiento de las moléculas. Ej. Carbono (diamante, grafito, nanotubos y fullerenos) Estructura Función Propiedades que pueden variar entre los distintos polimorfos P. Físicas: P. Fisicoquímicas: P. Químicas: P. Tecnológicas: P. Farmacológicas: biodisponibilidad, inefectividad, toxicidad, contraindicaciones, efectos secundarios. Etc dureza, densidad, conductividad eléctrica o térmica adsorción, estabilidad, punto de fusión reactividad, estabilidad, solubilidad, superficie específica piezoelectricidad, magnetismo, refracción, reflexión y absorción de la luz.
19 Farmacología Ritonavir (inhibidor de la protease HIV) Presenta 2 formas polimorfas siendo una de ellas indeseable Palmitato de cloranfenicol (antibiótico) Presenta 3 polimorfos: A, B y C más una forma amorfa A es la única con características farmacocinéticas aceptables. B es altamente biodisponible => sobredosificación C y la forma amorfa no consiguen alcanzar concentraciones suficientes para que el tratamiento sea efectivo Paracetamol (analgésico) Presenta 2 polimorfos I y II Polimorfismo OH Cl Te Cl Cl OMe 90º
20 Polimorfismo Diferentes estructuras moleculares? Diferentes estructuras Cristalinas O!
21 Isomorfismo H H HO OH H R H? HO R OH Isomorfismo O H O vs. R C C R R R O H O Interacción de Hidrógeno vs. Enlace Covalente OH OH O HO OH O HO HO
22 Isomorfismo C H 2 H 2 C C H 2 O OH HO O H 2 C Solvatos
23 Recordemos: Los cristales se caracterizan por poseer estructuras internas periódicas y con simetría. Relación directa entre la estructura cristalina y las propiedades y funciones del material. Una estructura molecular puede presentar diferentes estructuras cristalinas. Diferentes estructuras moleculares pueden formar empaquetamientos isomorfos. Las interacciones intermoleculares observadas en los cristales son también las responsables del reconocimiento molecular in vivo. Los Rayos-X son la herramienta perfecta para abordar el análisis de las muestras cristalinas. Bases de Datos
24 PDB CRYSTMET Base de Datos de Metales y Fases Intermetálicas
25 ICSD Compuestos sin enlaces C-C ó C- H y que, además sean Estructuras que contienen, al menos, uno de los elementos: H, He, B, C,, O, F, e, Si, P, Cl, Ar, As, Se, Br, Kr, Te, I, Xe, At, Rn Aproximadamente entradas en octubre 2007 Es complementaria de CSD Cambridge Structural Database (CSD) Base de datos que contiene información sobre más de estructuras de cristales orgánicos resueltos hasta la fecha. Dispone de herramientas para la explotación de esta información: ConQuest, Mercury, Vista, Mogul, Isostar
26 Cambridge Structural Database (CSD) Teaching Database General Chemistry - Aromaticity - Shapes of molecules: VSEPR model - Indentifying functional groups (coming soon) Organic Chemistry - Aromaticity - Halonium ions - Stereochemistry - Ring conformations - Indentifying functional groups (coming soon) Inorganic Chemistry - Shapes of molecules: VSEPR model - Metal-carbonyl back-bonding - Metal geometry interconversion - Hapticity Analytical Chemistry - Analysing molecular dimensions
27 Grupo de Cristalografía Macromolecular y Biología Estructural. Instituto de Química-Física Rocasolano. CSIC Martín Martínez Ripoll GRACIAS
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